紅火蟻如何在水面結筏？清華大學推翻表面張力說

清大物理系教授洪在明（中）指导研究生陈中皓（右）、谢廷珩（左）研究红火蚁结筏成因。图／清大提供

当洪水淹没红火蚁的蚁巢时，蚂蚁会抱团漂浮在水面上结筏。这种独特的生物结筏现象在过去被认为是表面张力所致，也因为很像早餐谷片在牛奶上结团，而被称为「谷片效应」。清华大学物理系教授洪在明却在研究中一举推翻表面张力说，洪的研究结果显示，红火蚁群能在水上结筏，是一种生物的活性自我修复机制，且很有可能是透过费洛蒙的联系来抓住彼此、结成网筏。

清大指出＜由于这项研究主题实太有趣了，1月一登上「物理评论E」(Physical Review E)期刊，就立即引起了科学界关注，大家都对像固体又像液体的红火蚁筏机制感到好奇，登上了CNN、法国世界报等美、法、德、英多家国际媒体。

清大指出，一般的材料经过拉伸，会像拉面团一样变窄、变细。但洪在明领导的软物质研究团队进一步研究发现，即使把红火蚁结成的蚁筏拉长，蚁群可透过动员上层来填补下层，使得蚁筏不会变窄、变薄，展现出人造材料难以达成的特性。未来如应用在新型仿生弹性材料上，可能开发出如科幻电影中，可自由组合、外在型态能在液态和固态任意之间转换的微型机器人大军。

他曾听过一场生物学家的演讲，提到红火蚁会在水面结筏是因为表面张力。这令他感到怀疑，为深入研究红火蚁独特的结筏行为，研究团队透过新竹市政府产业发展处的协助，前往农民提报红火蚁危害的地区捕捉牠们来进行实验。参与研究的硕士生郑又铨得知他外婆家田地也有红火蚁，还麻烦母亲万美云帮忙「外送」，也令团队十分感激。

研究团队设计了一连串实验，发现其他种类的蚂蚁不会在水上结筏、死掉的红火蚁在水面上也无法结筏，且红火蚁在干式的震荡台上也能自动结筏，一举推翻了红火蚁是因水的表面张力才结成筏的说法。

团队发现，当红火蚁巢被水淹没时，蚁群会用大腭和脚抓住彼此，形成多层织网般的结构，即可如同船筏浮在水面。筏面上的工蚁们会一步步从筏的中心往边缘移动，轮流下水到筏的底部，就像跑步机的跑带一样上下循环轮替；至于蚁后和卵、幼虫等「乘客」则始终安坐筏上，漂流寻找登陆的机会。

且筏面一旦出现缺损，就会有工蚁自动填补上来。这也令洪在明联想到，如果能解开红火蚁结筏求生的机制，就有可能研发出像固态、又像液态，可自动修复、又能集体迁徒的活性仿生材料。比如人工韧带，就需要拉伸时不致断裂的弹性材料。

清大物理系博士生陈中皓是红火蚁实验的主要设计者，为了做这些实验，他得身先士卒，「红火蚁咬人时会蜷曲起身体，同时用大腭和尾端毒针攻击，被咬到的感觉就像火烧一样，皮肤上的脓包往往得肿一个礼拜。」但长达两年的实验下来，他也像武侠小说里练「五毒掌」一样，逐渐对红火蚁的叮咬免疫了。

团队中的清华物理系硕士生谢廷珩则成了饲养红火蚁的专家。他起初的饲养策略是「我们吃什么，红火蚁就跟着吃什么。」但吃了速食薯条及剩菜剩饭的红火蚁很快就死了。他后来学会用蟋蟀干、面包虫及糖水来喂养红火蚁，还为他们用石膏制作可维持湿度的房子，才让红火蚁活力满满地完成实验。

红火蚁到底如何联系结筏，还有许多未解的谜团。洪在明推测，红火蚁在进化过程中，演化出在遇到危险时分泌特殊费洛蒙的功能，来示警并组织联系。要彻底解开这个生物讯息机制之谜，还有待生物学家进一步研究。

清大研究团队发现，红火蚁筏在被 拉长时，也不会变窄、变薄。图／清大提供

红火蚁感知到危险时，会紧紧抓住彼此，结成球状或筏状。图／清大提供

红火蚁群会用大腭和脚抓住彼此，在水面结筏。图／清大提供